智能算法赋能无人机应用专栏

• 基于声誉机制的区块链赋能多无人机系统联邦学习研究

  郭禹江;张志才;

  配置探测器的无人机可用于空气质量预测等应用。联邦学习赋能多无人机系统面临单点故障、恶意攻击、难实现公平激励等挑战。本文研究一种基于声誉机制的区块链赋能多无人机系统联邦学习方案，通过基于区块链的智能合约自动执行任务，以声誉值评估局部模型质量，以声誉阈值为基准识别并移除恶意无人机。根据声誉值将全局模型进行稀疏化，实现公平分配模型利润，综合考虑声誉值与数据量使诚实无人机获得与成本相对应的奖励。仿真通过MNIST数据集验证了本文提出的算法精度高于FedAVG算法，能在恶意无人机占比不同的情况下将其识别并驱逐，实现了模型利润与总预算的公平分配。

  2024年04期 v.38;No.166 345-353页 [查看摘要][在线阅读][下载 1105K]
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• 改进YOLOv5的无人机小目标检测算法

  李松林;江剑;

  小目标由于可用特征少、纹理模糊等因素，一直是目标检测领域中的一个难点。针对无人机小目标检测中的误检与漏检问题，提出了一种无人机小目标检测算法LASD-YOLOv5。设计了一种极化自注意力机制，以更准确地提取微小特征；引入加权双向特征金字塔网络，替换路径聚合网络，以加强对底层特征的利用，对检测头进行解耦，以提高模型的收敛速度。同时，针对当前无人机小目标数据集中小目标占比少与场景不全面的问题，贡献了一个多场景低慢小无人机目标数据集LASD-D。结果表明，所提算法在LASDD数据集上的平均精度为98.29%，相比原网络提升了2.87%，同时也优于YOLOv7, YOLOv8与QueryDet等主流算法，完全满足无人机小目标检测领域的需求。

  2024年04期 v.38;No.166 354-362页 [查看摘要][在线阅读][下载 1006K]
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• 基于过时信息年龄最小化无人机路径规划

  殷杰;付芳;李凯;

  在一些对信息新鲜度要求较高的物联网（IoT）场景中，无人机凭借其高机动性和灵活性的特点可以用于辅助采集设备数据。现有的评估信息新鲜度的信息年龄存在一定局限性，无法从内容角度准确定义。该文采用过时信息年龄来表征信息新鲜度，并且提出基于好奇心驱动DQN算法的无人机辅助IoT数据采集方案，通过优化无人机轨迹，实现在满足无人机能耗约束条件下过时信息年龄的最小化。仿真结果表明，相比传统DQN算法，该文所提算法使智能体探索能力加强，收敛速度变快约45%，所得奖励值高约67%。

  2024年04期 v.38;No.166 363-370页 [查看摘要][在线阅读][下载 920K]
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• 无人机辅助智能交通系统中基于C-DQN的信息年龄最小化研究

  李登治;王宁;

  无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）由于高机动性和低运营成本的优势，有望在未来智能交通系统（Intelligent Transportation System, ITS）中被部署为车辆数据收集器。为了保证所采集数据的时效性，以信息年龄（Age of Information, AoI）来衡量无人机从车辆接收到的数据的新鲜度。因此，提出一种基于信息年龄最小化的无人机辅助智能交通系统方案，通过联合优化无人机轨迹和无人机与车辆的关联策略，最小化所有车辆的信息年龄加权和。将该优化问题建模为一个马尔可夫决策过程（Markov Decision Process,MDP），并采用Curiosity-Driven Deep Q-learning Network(C-DQN)算法来求解。大量仿真结果表明，该算法在探索能力和收益性能方面优于传统Deep Q-learning Network(DQN)算法。

  2024年04期 v.38;No.166 371-377页 [查看摘要][在线阅读][下载 925K]
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测试技术与理论基础

• 洗衣机装配缝隙与阶差测量系统设计

  朱开源;陆永华;冯强;周利华;

  提出一种基于线结构光的缝隙和阶差尺寸测量方法，通过搭建洗衣机表面质量视觉检测平台，采集洗衣机缝隙图像，设计了一种洗衣机缝隙检测算法，在阈值分割、缝隙定位后获取缝隙ROI图像，采用最小二乘法拟合缝隙边缘，利用线结构光传感器进行标定，根据标定结果计算缝隙尺寸；设计了一种洗衣机阶差检测算法，通过阶差位置获取光条图像，在阈值分割、中心线提取后，寻找阶差两侧的特征点，将二维坐标转换为三维坐标计算阶差。试验结果表明：系统缝隙检测误差0.124 mm，阶差检测误差0.170 mm，满足洗衣机缝隙与阶差测量的要求。

  2024年04期 v.38;No.166 378-386页 [查看摘要][在线阅读][下载 1072K]
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• 大直径孔轴线快速测量方法

  孙筱;余厚云;唐景杰;

  针对航空制造现场的大直径孔轴线测量难题，提出一种基于光电检测技术和准直激光的孔轴线测量方法。首先，使测头在被测孔内稳定支撑，以单模光纤激光器发出的准直光束作为测量基准，测头前端的PSD传感器测量准直激光光斑坐标，以确定测头相对位置，同时，通过倾角传感器数据修正装夹姿态误差；然后，以激光测距传感器在电机驱动下旋转并测量孔轮廓点的距离，结合电机内部角度编码器的数据，计算出被测孔在当前截面上的中心坐标，移动测头依次测量多个截面；最后，根据所有截面的中心，评定出被测孔的轴线。实验结果表明，本系统轴线测量重复性误差小于0.01 mm，满足一般大直径孔轴线测量要求。

  2024年04期 v.38;No.166 387-394页 [查看摘要][在线阅读][下载 952K]
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• 触/延手榴弹引信开闭功能测试方法研究

  蒲利森;徐鹏;于立峣;付嘉琪;牛安冬;

  针对性能鉴定试验需要考核测试触/延手榴弹引信第一碰撞信号的时阈和开闭灵敏度的问题，通过研制测试设备以及设计试验方案，实现了对触/延手榴弹引信开闭功能的考核评估。通过分析触/延引信的结构组成和作用机理，确定了引信中碰炸开关可靠闭合的临界条件，结合产品性能指标规定的时阈要求，提出了基于PLC程序控制手榴弹保险握片松开至跌落中硬地面全流程精准管控的设备研制方案，确保了手榴弹的跌落高度和与中硬地面的碰撞时间，有效解决了触/延引信开闭时阈和开闭灵敏度无法考核测试的技术难题。

  2024年04期 v.38;No.166 395-400页 [查看摘要][在线阅读][下载 866K]
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信号检测、算法与仿真

• 基于梯度场和非局部均值的复杂工件图像增强算法

  韩美蓉;陈平;潘晋孝;李坤;陈洪;

  由于高动态X射线成像系统与工件自身结构复杂性，复杂异形工件的射线图像往往呈现对比度低或特征信息不明确的问题。针对该问题，本文提出基于梯度场和非局部均值降噪的图像增强算法，提高视觉质量。首先，基于梯度场和局部方差构建对比度的自适应增强模型，提高射线图像的对比度；然后，利用非局部均值对图像进行去噪，特别地，本文构建了基于泊松分布的非局部均值算法进行图像去噪，从而得到增强的对比度场；最后，建立能量泛函并用梯度下降法求解来获得具有微小细节的更高质量的图像。实验部分对3个复杂异形工件的X射线图像进行图像增强和缺陷检测实验，结果证实了本文算法的有效性。

  2024年04期 v.38;No.166 401-406页 [查看摘要][在线阅读][下载 793K]
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• 基于锁相环技术的小型化K波段频率源设计

  王文凯;姚金杰;白建胜;李龙;高旭文;王晨阳;

  在宽带电磁接收机领域，高频段频率源通常存在输出功率低、相位噪声性能差的问题，因此，频率源性能显得尤为重要。针对这一问题，本文利用锁相环与倍频的设计方式，设计一种小型化K波段的频率源。首先，对锁相环电路，控制单元电路和稳压电源电路进行设计；然后，对频率源进行建模仿真验证其可行性，通过采用腔体设计及微组装的方式完成了锁相环电路、控制单元、稳压电源电路及倍频器的设计；最后，对频率源进行了测试。测试结果表明，该频率源输出频率为25.6 GHz，输出功率大于10 dBm，其归一化相位噪声为-76 dBc/Hz@100 kHz，其整体尺寸为60 mm×40 mm×8 mm。所设计的频率源具有体积小型化、各项性能优良且能长期稳定工作的优势，能够满足宽带接收机工程需求应用。

  2024年04期 v.38;No.166 407-412页 [查看摘要][在线阅读][下载 1043K]
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• 基于Swin Transformer和双层路由注意力的多标签图像分类算法

  张震;王贺;宋宏旭;

  图像分类是图像处理中一项基础而又重要的工作。单一标签的图像分类已经无法满足人们的需求，研究者们开始关注于多标签图像分类。本文提出了一种Swin Transformer进行特征提取，由双层路由注意力模块进行特征处理的多标签图像分类框架。Swin Transformer通过分层结构提取多尺度信息，在多目标和更细粒度的图像识别方面优于Vision Transformer；双层路由注意力模块能够实现更灵活的计算分配和内容感知，可根据输入图像的特征自适应地调整注意力权重，灵活地控制注意力的强度和范围。模型在COCO数据集上平均精度均值为87.3，在VOC2007数据集上平均精度均值为96.7，一定程度上提高了多标签图像分类的精度。

  2024年04期 v.38;No.166 413-419页 [查看摘要][在线阅读][下载 851K]
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• 基于激光法的圆箔式热流传感器动态特性研究

  成龙;董和磊;汤丽;

  为使圆箔式热通量传感器满足不断发展的高超声速风洞等极端环境中动态热通量监测需求，采用了大功率半导体激光器作为热通量源，搭建了热流动态标定平台，并对系统产生的激光束能量进行了测量分析，确保了后续实验的科学性与合理性。系统产生热流密度达每平方米兆瓦级别，脉冲激励宽度为毫秒级别。通过动态响应实验，研究了戈登计动态响应时间与激励激光参数的关系。结果表明，在一定范围内，时间常数与激光功率、脉冲宽度为负相关关系。当激光脉冲宽度小于传感器时间常数一个数量级附近时，可以被视为理想脉冲激励。同时还得到了激光参数与产生热通量的线性关系，证明了采用激光法进行测试标定的可行性。

  2024年04期 v.38;No.166 420-426页 [查看摘要][在线阅读][下载 940K]
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• 基于机器视觉的装车臂自动对接系统研究

  孙泽昆;陆永华;朱赟;冯是公;秦栋成;

  针对装车臂对接依赖人工推动，操作困难，工作效率低等问题，设计研究一种基于机器视觉的LNG陆用装车臂自动对接系统，包括在划定停车区域内自动对接的目标检测定位及控制方法，实现无人状态下的智能对接。通过伺服电机位置环控制关节角度并记录旋转位置；基于几何投影法及装车臂结构特性简化运动学算法，提高计算效率，并通过D-H方法建立运动学模型，计算运动范围并对几何投影法验证；基于深度学习及图像处理算法实现目标检测；依据相机标定获得的相机内参、多点深度信息及目标检测结果，通过单目定位原理实现三维视觉，最终实现自动对接。对车辆停靠区域内的法兰进行试验，结果显示，系统对接成功率达99%，且相对手动对接时间缩短40%。装车臂自动对接系统可有效应用于LNG接收站的装卸车工作，对实现自动化对接有一定的参考价值。

  2024年04期 v.38;No.166 427-434页 [查看摘要][在线阅读][下载 1046K]
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• 基于DNN-SVM的无线专网设备故障识别与定位系统研究

  蒋跃宇;夏凌;蒋冰越;韩伟;王康;

  针对电力无线专网系统中故障识别与定位问题，提出了一种基于DNN-SVM的解决方案。电力无线专网系统在面临故障时往往难以及时、准确地进行故障识别和定位，给运维和维修工作带来了困难。本文通过专用设备对电力无线专网系统的实时数据进行采集，包括信号强度、信号质量、 CPE运行状态等信息，构建一个DNN-SVM算法，以同时实现无线专网故障识别与故障定位，通过DNN判别故障状态，多层二分类SVM判别故障类型。通过在实际电力无线专网数据集上进行实验和验证，对于单组数据的判别时间在毫秒级，而综合平均准确率为80%。

  2024年04期 v.38;No.166 435-440页 [查看摘要][在线阅读][下载 834K]
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数据采集与图像处理

• 基于非刚性特征的发动机积碳程度判别模型

  黄倩;王召巴;陈香;张航佳;陈友兴;

  汽车发动机积碳的长期累积会引起发动机动力下降、油耗上升、排放性能降低等问题，对发动机及时的检测和清理可以有效缓解积碳造成的影响。本文提出了一种新的基于非刚性特征的模型，用于积碳程度的判别。首先，在模型中使用可变形卷积调整卷积核的偏移位置和偏移幅度，提高网络的有效感受野，提取非刚性特征信息；其次，根据核区域中像素的相关性，使用自适应指数度量池化核对神经元进行加权，以此捕获更好的细节特征信息；最后，添加基于自注意机制的特征增强模块，获取特征图的上下文信息。经过实验测试，本文方法的测试准确率为87.1%，各项指标相较原始模型平均提高2.5%，证明本文方法可以提取有效的积碳程度判别特征。

  2024年04期 v.38;No.166 441-447页 [查看摘要][在线阅读][下载 802K]
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• BiUNet：基于双层路由注意力的轻量化医学分割网络

  王莹;吴本阳;郭晋川;张萌;原锌蕾;

  针对视觉Transformer骨干提取网络计算开销大，模型训练缓慢的问题，同时为了进一步提升Transformer结构在医学图像领域的分割性能，提出一种名为BiUNet的新型轻量级U型架构的医学图像分割网络。将输入医学图像整切成若干图像块后，送入一种基于双层路由动态稀疏注意力机制的BiFormer转换器中，通过组合下采样和特定块数的BiFormer模块，构建多级金字塔结构实现特征提取。随后通过组合上采样和卷积模块，相应构建多级金字塔结构进行特征解码，进而实现像素级语义分割。该模型在3个医学数据集上依次取得了90.2%, 93.7%和85.6%的mIoU值以及5.55 G的Flops和28.10 M的参数量。结果表明，BiUNet能够以轻量化的效果有效提升医学图像分割的精度。

  2024年04期 v.38;No.166 448-454页 [查看摘要][在线阅读][下载 828K]
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• 主持人语

  申冲;

  <正>随着信息技术的高速发展,无人机技术发生了巨大的变化。从遥控飞行器到无人驾驶飞机,再到无人空间监视,无人机技术已然迈向了一个新的高度。随着人工智能技术的飞速发展,如何充分利用人工智能前沿成果,将智能算法与单机飞行、多机协同、自主任务相结合,对进一步提升无人机应用水平至关重要。近年来,国内外专家学者对此进行了不懈的探索,形成了大量新概念、新技术、新方法,本专栏介绍了该领域的相关研究成果,涵盖基于智能算法的无人机空气质量检测、路径规划、目标检测、智能交通应用等。值此正式出刊之际,我代表编辑部感谢各位同行踊跃投稿,特别感谢同行专家对稿件认真细致的评阅。希望通过本专栏,进一步促进人工智能+无人机应用的学术交流,推动我国无人机应用产业化程度的提升。

  2024年04期 v.38;No.166 340页 [查看摘要][在线阅读][下载 207K]
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• 《测试技术学报》征稿启事

  <正>《测试技术学报》(ISSN1671-7449 CN14-1301/TP)由中北大学和中国兵工学会主办,是“中国兵工学会测试技术学会”会刊,刊登有关测试技术的重点科研项目、基金项目的研究成果以及兵器及民用测试的应用技术,是“中国科技核心期刊”。本刊稿件来源于全国各大高校、研究院所及国外一些大学,在国内本专业学者中受到高度重视,重点关注测试技术与理论研究、光电信息与传感技术、故障检测、信号检测、数据采集、图像处理、通信技术等领域。

  2024年04期 v.38;No.166 455页 [查看摘要][在线阅读][下载 179K]
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